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金属/K-PSS无机聚合物复合材料的力学性能研究

作　者: 高蓓
导　师: 贾德昌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: K-PSS无机聚合物不锈钢网/Crp/K-PSS无机聚合物复合材料力学性能增强增韧机制
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文以硅溶胶、高岭土粉、KOH、Cr粉、不锈钢网等为原料,采用常压成型工艺制备了金属/K-PSS无机聚合物复合材料。利用XRD、SEM等分析手段和三点弯曲、拉伸等试验方法,研究了基体制备工艺、增强相的含量与形态等对该复合材料力学性能的影响,进而研究了热处理温度对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,分别采用固化及养护温度为50℃、60℃、70℃和80℃制备的K-PSS无机聚合物的抗压强度、弹性模量随温度的升高而增大。碱激发剂含量采用硅溶胶模数分别为2,1.6,1.2时,无机聚合物的力学性能随碱激发剂含量增大而下降。优化工艺制备的无机聚合物抗压强度可达106.2MPa,抗弯强度可达13.5MPa。升高固化养护温度,加长养护时间,增大铬粉质量分数有利于Cr_p/K-PSS无机聚合物复合材料抗弯强度的提高。随着加水量的增多,材料力学性能先上升后下降。当铬粉质量分数为70%,加水量为7g,80℃固化并养护11天时制备的材料性能最优,抗弯强度最大值为24.5MPa。铬粉和不锈钢网复合增强的不锈钢网/Cr_p/K-PSS无机聚合物复合材料,随不锈钢网孔增大、Cr_p粒径减小,材料抗弯强度、拉伸强度增大,断裂功呈相反趋势;随不锈钢网体积含量、基体硅铝比增大,材料抗弯强度和断裂功先上升后下降。不锈钢网体积含量为16%时,网孔径为50目,Cr_p粒径1000目,基体硅铝比为2时,复合材料力学性能最好。其抗弯强度、弹性模量、抗拉强度和断裂功达到的最大值,分别为115.3 MPa和12.9 GPa,85.1MPa,13.78J/m2。不锈钢网/Cr_p/K-PSS无机聚合物复合材料经处理后,抗弯强度随处理温度升高呈现先增加后减小的趋势。无机聚合物基体在1000℃以上发生陶瓷化转变,基体强度增大,但不锈钢网性能随温度升高而下降。二者综合的结果导致复合材料抗弯强度均比处理前复合材料的强度低。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-21
  1.1 课题背景  9
  1.2 无机聚合物基材料的研究进展  9-16
    1.2.1 无机聚合物材料的结构  9-10
    1.2.2 无机聚合物材料性能特点及其影响因素  10-13
    1.2.3 无机聚合物材料的合成机理和制备工艺  13-16
  1.3 无机聚合物基复合材料  16-20
    1.3.1 国内外研究进展  16-17
    1.3.2 金属/无机聚合物复合材料  17-18
    1.3.3 无机聚合物及其复合材料的应用  18-20
  1.4 研究的目的、意义和内容  20-21
    1.4.1 研究的目的和意义  20
    1.4.2 主要研究内容  20-21
第2章材料与试验方法  21-28
  2.1 试验用原料  21-22
    2.1.1 天然高岭土粉  21-22
    2.1.2 偏高岭土粉  22
    2.1.3 铬粉  22
    2.1.4 不锈钢网  22
  2.2 复合材料的设计方案以及制备工艺  22-24
    2.2.1 复合材料的设计方案  22-23
    2.2.2 复合材料的制备工艺  23-24
  2.3 复合材料的组织结构分析  24-25
    2.3.1 XRD物相分析  24-25
    2.3.2 表面及断口的扫描电镜（SEM）观察  25
  2.4 复合材料力学性能测试  25-28
    2.4.1 密度的测定  25
    2.4.2 抗弯强度和弹性模量的测定  25-26
    2.4.3 拉伸强度的测定  26
    2.4.4 断裂功的测定  26-28
第3章 K-PSS无机聚合物基体的组织及力学性能  28-40
  3.1 不同温度制度对K-PSS性能的影响  28-34
    3.1.1 K-PSS材料的XRD物相分析  28-29
    3.1.2 K-PSS材料的密度  29-30
    3.1.3 K-PSS材料的的组织结构及能谱分析  30-31
    3.1.4 K-PSS材料的室温力学性能  31-33
    3.1.5 热重与差热分析  33-34
  3.2 不同碱激发剂含量对K-PSS性能的影响  34-38
    3.2.1 K-PSS材料的XRD物相分析  34-35
    3.2.2 K-PSS材料的密度  35-36
    3.2.3 K-PSS材料的能谱分析  36-37
    3.2.4 K-PSS材料的室温力学性能  37-38
  3.3 小结  38-40
第4章 Cr_p/K-PSS复合材料的组织及力学性能  40-47
  4.1 Cr_p/K-PSS复合材料的XRD物相分析  40
  4.2 Cr_p/K-PSS复合材料的密度  40-42
  4.3 Cr_p/K-PSS复合材料的组织结构  42
  4.4 Cr_p/K-PSS复合材料抗弯强度的正交分析  42-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的组织及力学性能  47-81
  5.1 不锈钢网体积含量对复合材料力学性能的影响  47-54
    5.1.1 不锈钢网/K-PSS复合材料的XRD物相分析  47-48
    5.1.2 不锈钢网/K-PSS复合材料的密度  48
    5.1.3 不锈钢网/K-PSS复合材料的组织结构  48-49
    5.1.4 不锈钢网/K-PSS复合材料的室温力学性能  49-51
    5.1.5 不锈钢网/K-PSS复合材料的断裂行为  51-54
  5.2 不锈钢网孔径对复合材料力学性能的影响  54-62
    5.2.1 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的XRD物相分析  54-55
    5.2.2 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的密度  55-56
    5.2.3 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的组织结构  56-57
    5.2.4 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的室温力学性能  57-59
    5.2.5 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的断裂行为  59-62
  5.3 Cr_p粒径对复合材料力学性能的影响  62-69
    5.3.1 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的XRD物相分析  62
    5.3.2 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的密度  62-63
    5.3.3 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的组织结构  63-64
    5.3.4 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的室温力学性能  64-66
    5.3.5 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的断裂行为  66-69
  5.4 硅铝比对复合材料力学性能的影响  69-75
    5.4.1 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的XRD物相分析  69
    5.4.2 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的密度  69-70
    5.4.3 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的组织结构及能谱分析  70-72
    5.4.4 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的室温力学性能  72-74
    5.4.5 不锈钢网/Cr_p/K-PSS复合材料的断裂行为  74-75
  5.5 处理温度对复合材料力学性能的影响  75-80
    5.5.1 复合材料的XRD物相分析  75-76
    5.5.2 复合材料的密度及质量损失  76-77
    5.5.3 复合材料的组织结构  77-78
    5.5.4 复合材料的室温力学性能  78-80
  5.6 本章小结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-86
致谢  86

金属/K-PSS无机聚合物复合材料的力学性能研究

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